高寒沙区生物土壤结皮对吸湿凝结水的影响

高寒沙区,水资源匮乏,吸湿凝结水是维持当地生态环境的重要非生物影响因子。采用自制微渗仪(直径10 cm,高度分别为3、4、6、11 cm)观测3类生物土壤结皮(苔藓结皮、藻类结皮、物理结皮)和流沙的吸湿凝结水量变化规律。结果表明:观测期间,除去大风和降雨天气外,吸湿凝结水每天都会产生;不同地表类型产生的吸湿凝结水量存在差异,生物土壤结皮生成的吸湿凝结水量显著大于流沙上产生的吸湿凝结水(P<0.05),即生物土壤结皮有利于吸湿凝结水的生成;随着结皮的发育,吸湿凝结水量呈增加趋势,主要表现为:流沙<物理结皮<藻类结皮<苔藓结皮;凝结现象自19:00开始,次日7:00结束;日出后,吸湿凝结水量迅速下降,持续时间为5 h,其中苔藓结皮与流沙下降速率最快;吸湿凝结水主要集中在土壤表层5 cm内,达总凝结量的90%以上,且观测值变异系数小,可作为代表性土壤深度进行吸湿凝结水的相关研究;吸湿凝结水量与大气温湿度密切相关,与大气温度呈负相关关系,与大气湿度呈正相关关系;吸湿凝结水量受取样深度、地表类型、大气温湿度等多方面因素的影响。

高寒沙区生物土壤结皮覆盖区凝结水组分分析

凝结水作为干旱半干旱地区重要的组分,对生物土壤结皮具有重要的生态学作用。为阐明高寒沙区青海共和盆地生物土壤结皮表层5 cm凝结水水汽来源,利用2017年5—9月自制微渗仪对土壤表层5 cm不同类型生物土壤结皮(苔藓结皮、藻类结皮、物理结皮)和流沙凝结水进行了观测。结果表明:高寒沙区凝结水量随结皮发育程度变化呈增加趋势,表现为:苔藓结皮>藻类结皮>物理结皮>流沙;生物土壤结皮覆盖区凝结水量显著大于流沙凝结水量,即生物土壤结皮有利于凝结水的产生;凝结水主要由吸湿水和大气水汽凝结水与土壤凝结水两部分组成;观测期间,不同类型结皮日土壤凝结水量无显著性差异;吸湿水量和大气水汽凝结水总量显著高于土壤凝结水量(P<0. 05);随时间的变化,吸湿水和大气水汽凝结水与土壤凝结水对凝结水的贡献率呈波动性变化;吸湿水和大气水汽凝结水贡献率主要集中在65%～80%,土壤凝结水贡献率主要集中在20%～35%。

高寒沙区生物土壤结皮覆盖土壤碳通量对模拟降水的响应

生物土壤结皮作为干旱半干旱地区重要的地表覆盖类型和景观特征之一,其自身具备的光合与呼吸能力对荒漠生态系统地表与大气界面中的碳交换与循环产生了重要影响。水分是干旱半干旱地区许多生态过程中的主要限制因子,能够影响生物土壤结皮的光合与呼吸过程,进而影响生物土壤结皮覆盖土壤的碳通量规律。针对高寒沙区藓类和藻类结皮为主的生物土壤结皮覆盖土壤,设置了1、2、5、10mm以及0(对照)的模拟降水梯度,利用LI-8100土壤碳通量测定系统,对模拟降水后结皮覆盖土壤的碳通量进行测定,以探讨不同结皮种类和不同强度降水对碳通量的影响。结果表明:(1)降水对生物土壤结皮覆盖土壤的净碳通量、暗呼吸均有激发作用,使碳通量在极短时间内到达峰值且与对照差异显著,但各降水量之间差异不显著。两种不同结皮覆盖类型相比,藓类结皮覆盖土壤在降水后的碳通量峰值和受降水激发的有效时间均显著高于藻类结皮。(2)两种结皮覆盖土壤在模拟降水后的48h累积碳释放随降水量的增加而增加且与对照差异显著。同时藓类结皮覆盖土壤累计碳释放显著高于藻类结皮覆盖土壤。(3)两种生物土壤结皮覆盖土壤的碳通量和土壤水分体现出显著的相关性,净碳通量和暗呼吸均随水分的增加而增加。因此,在降水条件下生物土壤结皮覆盖土壤表现出明显的碳源效应,其碳通量以及碳释放量都有显著的改变,在研究干旱半干旱地区碳交换规律时应该考虑不同生物结皮的覆盖和降水事件的影响。

高寒沙区生物土壤结皮覆盖土壤碳释放动态

生物土壤结皮广泛分布于荒漠生态系统,能够通过自身的呼吸作用影响土壤碳释放以及区域碳循环过程。在具有典型高寒沙区气候特征的青藏高原东北部(青海共和盆地),以广泛分布于人工植被恢复区的藻类和藓类结皮为研究对象,裸地为对照,观测了裸地与两种类型生物土壤结皮去除和覆盖土壤碳释放速率的日动态和生长季动态规律,探讨生物土壤结皮对土壤碳释放量的影响。结果表明:生物土壤结皮去除和覆盖土壤碳释放速率日动态和生长季动态特征与裸地一致,均呈"单峰"曲线。生物土壤结皮覆盖土壤的日最大碳释放速率出现于13:00左右,裸地与去除结皮土壤的日峰值均出现于15:00左右,生物土壤结皮的存在使土壤碳释放速率的日峰值出现时间提前2h左右,各观测类型生长季内碳释放速率最大值均出现在8月。在相对干旱年份(2017),藻类和苔藓结皮覆盖导致土壤碳释放量分别增加了22.07%和85.61%,其中,藻类和苔藓结皮层碳释放量占增加量的67.60%和25.76%;而在相对湿润年份(2018),藻类和苔藓结皮覆盖导致土壤碳释放量分别增加了139.37%和290.53%,二者结皮层碳释放量分别占增加量的69.09%和45.59%,生物土壤结皮发育促进了土壤的碳释放。温度对土壤碳释放变化的贡献率为48.89%,是高寒沙区土壤碳释放日动态变化的关键驱动因子。因此,在核算荒漠生态系统碳交换过程中,应充分考虑各区域不同类型生物土壤结皮对土壤碳释放产生的影响。

模拟增温对高寒沙区生物土壤结皮-土壤系统呼吸的影响

生物土壤结皮是高寒沙区重要的地表覆盖类型,研究增温对高寒地区生物土壤结皮-土壤系统呼吸的影响,能够为准确评估高寒生态系统中生物土壤结皮对气候变化的响应和反馈提供一定的参考。该文以人工植被恢复区的苔藓和藻类结皮为研究对象,采用开顶式被动增温装置(OTC)进行模拟增温,观测增温条件下苔藓和藻类结皮-土壤系统呼吸速率的日动态和生长季动态,探讨增温对其CO2释放量和温度敏感性的影响。研究结果显示,增温未改变苔藓和藻类结皮-土壤系统呼吸速率的日动态和生长季动态特征,均呈"单峰"曲线,日动态峰值出现在13:00左右,生长季动态峰值出现在8月左右;增温改变了生物土壤结皮-土壤系统呼吸速率的日动态峰值。相对干旱年份(2017),适度增温增加了两类生物土壤结皮-土壤系统生长季累积CO2释放量,过高幅度增温,两类生物土壤结皮-土壤系统CO2释放量的增加程度降低;相对湿润年份(2018),增温幅度越高,两类生物土壤结皮-土壤系统CO2释放量增加程度越大。两种类型生物土壤结皮-土壤系统呼吸速率与温度间的关系均可用指数函数较好地描述,相对干旱年份,增温幅度越高,苔藓和藻类结皮-土壤呼吸的温度敏感性越小,变化范围分别为1.47–1.61和1.60–1.95;相对湿润年份,增温幅度越高,温度敏感性越大,变化范围分别为1.44–1.68和1.44–1.76。该研究表明,全球气候变暖很大程度地增强了高寒生态系统中生物土壤结皮-土壤系统的呼吸作用,因此在准确评估高寒生态系统碳循环过程时,应充分考虑气候变暖对该区广泛分布的生物土壤结皮所产生的影响。

高寒沙区吸湿凝结水凝结过程与温湿度的关系

吸湿凝结水作为干旱半干旱地区除降雨外主要的水分来源,具有十分重要的生态水文学意义。以青海共和盆地高寒沙区1997年植被恢复区生物土壤结皮吸湿凝结水为研究对象,2018年5-9月采用自制微渗仪观测吸湿凝结水量,同时观测近地层空气温湿度和土壤温湿度。结果表明:观测期间,不同类型结皮吸湿凝结水量存在差异,表现为苔藓结皮>藻类结皮>物理结皮>流沙,且差异性与观测时间无关;吸湿凝结水量与近地层空气湿度正相关,与近地层空气温度、土壤温度湿度负相关,且相关性与地表类型无关;吸湿水凝结过程主要受近地层空气温湿度的影响,累积贡献率85.294%;生长季吸湿凝结水主要产生时间为19:00至次日07:00,期间凝结速率呈波动性变化;19:00-23:00吸湿凝结水凝结速率不断上升,且上升趋势与近地层空气温湿度无关;00:00-03:00吸湿凝结水凝结速率出现滞后效应,滞后于近地层空气温湿度变化1 h;04:00-07:00呈先升高后降低趋势,04:00出现该时间段凝结速率最低值,05:00出现该时间段凝结速率的最高值。